STM32-时钟-时钟树-时钟初始化配置
2022-01-12 01:02 jym蒟蒻 阅读(2915) 评论(1) 编辑 收藏 举报1.STM32时钟
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STM32有5个时钟源：HSI、HSE、LSI、LSE、PLL
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HSI是高速内部时钟，RC振荡器，频率为16MHz，精度不高。可以直接作为系统时钟或者用作PLL时钟输入。
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HSE是高速外部时钟，可接石英/陶瓷谐振器，或者接外部时钟源，频率范围为4MHz~26MHz。
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LSI是低速内部时钟，RC振荡器，频率为32kHz，提供低功耗时钟。主要供独立看门狗和自动唤醒单元使用。
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LSE是低速外部时钟，接频率为32.768kHz的石英晶体。RTC
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PLL为锁相环倍频输出。 STM32F4有三个PLL:
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主PLL(PLL)由HSE或者HSI提供时钟信号，并具有两个不同的输出时钟。
①第一个输出PLLP用于生成高速的系统时钟（最高180MHz）
②第二个输出PLLQ为48M时钟，用于USB OTG FS时钟，随机数发生器的时钟和SDIO时钟。
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第一个专用PLL(PLLI2S)生成精确时钟，在I2S和SAI1上实现高品质音频
N是用于PLLI2S vco的倍频系数，其取值范围是：192~432；
R是I2S时钟的分频系数，其取值范围是：2~7；
Q是SAI时钟分频系数，其取值范围是：2~15；P没用到。
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第二个专用PLL(PLLSAI)同样用于生成精确时钟，用于SAI1输入时钟，同时还为LCD_TFT接口提供精确时钟。
N是用于PLLSAI vco的倍频系数，其取值范围是：192~432；
Q是SAI时钟分频系数，其取值范围是：2~15；
R是LTDC时钟的分频系数，其取值范围是：2~7；P没用到。
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PLLCLK=HSE*N/(M * P)，可以通过改变N、M、P改变PLLCLK的频率
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系统时钟SYSCLK可来源于三个时钟源：
①、HSI振荡器时钟
②、HSE振荡器时钟
③、PLL时钟
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任何外设在使用之前，必须使能相应的时钟
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STM32F4时钟信号输出MCO1（PA8）和MCO2(PC9）,MCO1:用户可以配置预分频器（1~ 5）向MCO1引脚PA8输出4个不同的时钟源：HIS、LSE、HSE、PLL。MCO2:用户可以配置预分频器（1~ 5）向MCO2引脚PC9输出4个不同的时钟源：HSE、PLL、SYSCLK、PLLI2S 。MCO最大输出时钟不超过100MHz。
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RCC时钟控制相关寄存器定义在stm32f429xx.h中。结构体： RCC_TypeDef;RCC时钟相关定义和函数在文件stm32f4xx_hal_rcc.h、stm32f4xx_hal_rcc.c 。
在CORE-startup_stm32f429xx.s文件中找到Reset_Handler，这一部分代码作用是引导程序，可以看到先执行SystemInit函数再执行main。
; Reset handler
Reset_Handler PROC
EXPORT Reset_Handler [WEAK]
IMPORT SystemInit
IMPORT __main
LDR R0, =SystemInit
BLX R0
LDR R0, =__main
BX R0
ENDP
; Dummy Exception Handlers (infinite loops which can be modified)
可以在USER-system_stm32f7xx.c文件中找到SystemInit函数。其中/* Set HSION bit */可以看出系统初始化之后默认使用HSI作为系统时钟来源，因为不知道外部时钟是否准备好。
void SystemInit(void)
{
/* FPU settings ------------------------------------------------------------*/
#if (__FPU_PRESENT == 1) && (__FPU_USED == 1)
SCB->CPACR |= ((3UL << 10*2)|(3UL << 11*2)); /* set CP10 and CP11 Full Access */
#endif
/* Reset the RCC clock configuration to the default reset state ------------*/
/* Set HSION bit */
RCC->CR |= (uint32_t)0x00000001;
/* Reset CFGR register */
RCC->CFGR = 0x00000000;
/* Reset HSEON, CSSON and PLLON bits */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFEF6FFFF;
/* Reset PLLCFGR register */
RCC->PLLCFGR = 0x24003010;
/* Reset HSEBYP bit */
RCC->CR &= (uint32_t)0xFFFBFFFF;
/* Disable all interrupts */
RCC->CIR = 0x00000000;
/* Configure the Vector Table location add offset address ------------------*/
#ifdef VECT_TAB_SRAM
SCB->VTOR = RAMDTCM_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal SRAM */
#else
SCB->VTOR = FLASH_BASE | VECT_TAB_OFFSET; /* Vector Table Relocation in Internal FLASH */
#endif
}
时钟配置一般步骤：
- 使能PWR时钟：调用函数 _HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE()。
- 设置调压器输出电压级别：调用函数 _HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG()。
- 选择是否开启Over-Driver功能：调用函数HAL_PWREx_EnableOverDrive()。
- 配置时钟源相关参数：调用函数HAL_RCC_OscConfig()。
- 配置系统时钟源以及AHB,APB1和APB2的分频系数：调用函数HAL_RCC_ClockConfig()。
在STSTEM-sys.c文件中找到Stm32_Clock_Init函数：
//时钟设置函数
//Fvco=Fs*(plln/pllm);
//Fsys=Fvco/pllp=Fs*(plln/(pllm*pllp));
//Fusb=Fvco/pllq=Fs*(plln/(pllm*pllq));
//Fvco:VCO频率
//Fsys:系统时钟频率
//Fusb:USB,SDIO,RNG等的时钟频率
//Fs:PLL输入时钟频率,可以是HSI,HSE等.
//plln:主PLL倍频系数(PLL倍频),取值范围:64~432.
//pllm:主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频),取值范围:2~63.
//pllp:系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2,4,6,8.(仅限这4个值!)
//pllq:USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频),取值范围:2~15.
//外部晶振为25M的时候,推荐值:plln=432,pllm=25,pllp=2,pllq=9.
//得到:Fvco=25*(432/25)=432Mhz
// Fsys=432/2=216Mhz
// Fusb=432/9=48Mhz
//返回值:0,成功;1,失败
void Stm32_Clock_Init(u32 plln,u32 pllm,u32 pllp,u32 pllq)
{
HAL_StatusTypeDef ret = HAL_OK;
RCC_OscInitTypeDef RCC_OscInitStructure;
RCC_ClkInitTypeDef RCC_ClkInitStructure;
__HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE(); //使能PWR时钟
__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);//设置调压器输出电压级别，以便在器件未以最大频率工作
RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; //时钟源为HSE
RCC_OscInitStructure.HSEState=RCC_HSE_ON; //打开HSE
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON; //打开PLL
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE; //PLL时钟源选择HSE
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLM=pllm; //主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频)
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLN=plln; //主PLL倍频系数(PLL倍频)
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLP=pllp; //系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频)
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLQ=pllq; //USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频)
ret=HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStructure);//初始化
if(ret!=HAL_OK) while(1);
ret=HAL_PWREx_EnableOverDrive(); //开启Over-Driver功能
if(ret!=HAL_OK) while(1);
//选中PLL作为系统时钟源并且配置HCLK,PCLK1和PCLK2
RCC_ClkInitStructure.ClockType=(RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);
RCC_ClkInitStructure.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;//设置系统时钟时钟源为PLL
RCC_ClkInitStructure.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;//AHB分频系数为1
RCC_ClkInitStructure.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV4;//APB1分频系数为4
RCC_ClkInitStructure.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2;//APB2分频系数为2
ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_7);//同时设置FLASH延时周期为7WS，也就是8个CPU周期。
if(ret!=HAL_OK) while(1);
}
对于 __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE();可以在stm32fxx_hal_rcc.h中找到：
#define __HAL_RCC_PWR_CLK_ENABLE() do { \
__IO uint32_t tmpreg; \
SET_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_PWREN);\
/* Delay after an RCC peripheral clock enabling */ \
tmpreg = READ_BIT(RCC->APB1ENR, RCC_APB1ENR_PWREN);\
UNUSED(tmpreg); \
} while(0)
因为后面设置调压器输出电压级别和选择是否开启Over-Driver功能要用到PWR时钟，所以先使能PWR时钟。
对于以下两函数头文件，都位于HALLIB-stm32f7xx_hal_rcc.h文件中
- 配置时钟源相关参数：调用函数HAL_RCC_OscConfig()。
- 配置系统时钟源以及AHB,APB1和APB2的分频系数：调用函数HAL_RCC_ClockConfig()。
HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_OscConfig(RCC_OscInitTypeDef *RCC_OscInitStruct);
HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_ClockConfig(RCC_ClkInitTypeDef *RCC_ClkInitStruct, uint32_t FLatency);
选中RCC_OscInitTypeDef找到它的定义：
首先根据TYPE判断操作的是哪个时钟源，然后再对相应的时钟源配置。
typedef struct
{
uint32_t OscillatorType; /*!< The oscillators to be configured.
This parameter can be a value of @ref RCC_Oscillator_Type */
uint32_t HSEState; /*!< The new state of the HSE.
This parameter can be a value of @ref RCC_HSE_Config */
uint32_t LSEState; /*!< The new state of the LSE.
This parameter can be a value of @ref RCC_LSE_Config */
uint32_t HSIState; /*!< The new state of the HSI.
This parameter can be a value of @ref RCC_HSI_Config */
uint32_t HSICalibrationValue; /*!< The HSI calibration trimming value (default is RCC_HSICALIBRATION_DEFAULT).
This parameter must be a number between Min_Data = 0x00 and Max_Data = 0x1F */
uint32_t LSIState; /*!< The new state of the LSI.
This parameter can be a value of @ref RCC_LSI_Config */
RCC_PLLInitTypeDef PLL; /*!< PLL structure parameters */
}RCC_OscInitTypeDef;
其中的RCC_PLLInitTypeDef：可以看到里面有对PLL时钟源等一系列配置。
typedef struct
{
uint32_t PLLState; /*!< The new state of the PLL.
This parameter can be a value of @ref RCC_PLL_Config */
uint32_t PLLSource; /*!< RCC_PLLSource: PLL entry clock source.
This parameter must be a value of @ref RCC_PLL_Clock_Source */
uint32_t PLLM; /*!< PLLM: Division factor for PLL VCO input clock.
This parameter must be a number between Min_Data = 2 and Max_Data = 63 */
uint32_t PLLN; /*!< PLLN: Multiplication factor for PLL VCO output clock.
This parameter must be a number between Min_Data = 50 and Max_Data = 432 */
uint32_t PLLP; /*!< PLLP: Division factor for main system clock (SYSCLK).
This parameter must be a value of @ref RCC_PLLP_Clock_Divider */
uint32_t PLLQ; /*!< PLLQ: Division factor for OTG FS, SDMMC and RNG clocks.
This parameter must be a number between Min_Data = 2 and Max_Data = 15 */
#if defined (STM32F765xx) || defined (STM32F767xx) || defined (STM32F769xx) || defined (STM32F777xx) || defined (STM32F779xx)
uint32_t PLLR; /*!< PLLR: Division factor for DSI clock.
This parameter must be a number between Min_Data = 2 and Max_Data = 7 */
#endif /* STM32F767xx || STM32F769xx || STM32F777xx || STM32F779xx */
}RCC_PLLInitTypeDef;
调用HAL_RCC_OscConfig函数的方法如下：首先设置一下RCC_OscInitTypeDef类型的结构体。
RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE; //时钟源为HSE
RCC_OscInitStructure.HSEState=RCC_HSE_ON; //打开HSE
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLState=RCC_PLL_ON; //打开PLL
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLSource=RCC_PLLSOURCE_HSE; //PLL时钟源选择HSE
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLM=pllm; //主PLL和音频PLL分频系数(PLL之前的分频)
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLN=plln; //主PLL倍频系数(PLL倍频)
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLP=pllp; //系统时钟的主PLL分频系数(PLL之后的分频)
RCC_OscInitStructure.PLL.PLLQ=pllq; //USB/SDIO/随机数产生器等的主PLL分频系数(PLL之后的分频)
ret=HAL_RCC_OscConfig(&RCC_OscInitStructure);//初始化
如果要配置HSI：可以找到RCC_OSCILLATORTYPE_HSE的定义，然后发现如下代码块，在RCC_OscInitStructure.OscillatorType=RCC_OSCILLATORTYPE_HSE;代码中，将RCC_OSCILLATORTYPE_HSE修改成RCC_OSCILLATORTYPE_HSI即可。
#define RCC_OSCILLATORTYPE_NONE ((uint32_t)0x00000000U)
#define RCC_OSCILLATORTYPE_HSE ((uint32_t)0x00000001U)
#define RCC_OSCILLATORTYPE_HSI ((uint32_t)0x00000002U)
#define RCC_OSCILLATORTYPE_LSE ((uint32_t)0x00000004U)
#define RCC_OSCILLATORTYPE_LSI ((uint32_t)0x00000008U)
同样的方法可以配置其他的成员变量。
可以理解main函数的Stm32_Clock_Init，可以找到：Stm32_Clock_Init(432,25,2,9); //设置时钟,216Mhz
然后找到Stm32_Clock_Init的定义，void Stm32_Clock_Init(u32 plln,u32 pllm,u32 pllp,u32 pllq)
由于外部晶振是25M，现在Stm32_Clock_Init第二个参数pllm是25，因此外部晶振是25M经过/M后，变成1。然后*n再/p最后得到216M 。
然后再看一下HAL_RCC_ClockConfig函数，HAL_StatusTypeDef HAL_RCC_ClockConfig(RCC_ClkInitTypeDef *RCC_ClkInitStruct, uint32_t FLatency)
对于第一个参数RCC_ClkInitTypeDef 在HALLIB-stm32f7xx_hal_rcc.h文件中可找到：
/**
* @brief RCC System, AHB and APB busses clock configuration structure definition
*/
typedef struct
{
uint32_t ClockType; /*!< The clock to be configured.
This parameter can be a value of @ref RCC_System_Clock_Type */
uint32_t SYSCLKSource; /*!< The clock source (SYSCLKS) used as system clock.
This parameter can be a value of @ref RCC_System_Clock_Source */
uint32_t AHBCLKDivider; /*!< The AHB clock (HCLK) divider. This clock is derived from the system clock (SYSCLK).
This parameter can be a value of @ref RCC_AHB_Clock_Source */
uint32_t APB1CLKDivider; /*!< The APB1 clock (PCLK1) divider. This clock is derived from the AHB clock (HCLK).
This parameter can be a value of @ref RCC_APB1_APB2_Clock_Source */
uint32_t APB2CLKDivider; /*!< The APB2 clock (PCLK2) divider. This clock is derived from the AHB clock (HCLK).
This parameter can be a value of @ref RCC_APB1_APB2_Clock_Source */
}RCC_ClkInitTypeDef;
对于第一个ClockType它可以选择哪些值：也可以在HALLIB-stm32f7xx_hal_rcc.h文件找到
#define RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK ((uint32_t)0x00000001U)
#define RCC_CLOCKTYPE_HCLK ((uint32_t)0x00000002U)
#define RCC_CLOCKTYPE_PCLK1 ((uint32_t)0x00000004U)
#define RCC_CLOCKTYPE_PCLK2 ((uint32_t)0x00000008U)
对应于时钟系统：可以配置SYSCLK、HCLK、PCLK
SYSCLK、HCLK、PCLK都是占用不同的位，而且HAL_RCC_ClockConfig里面是用if进行判断而不是ifelse，所以可用或运算配置时钟。
//选中PLL作为系统时钟源并且配置HCLK,PCLK1和PCLK2
RCC_ClkInitStructure.ClockType=(RCC_CLOCKTYPE_SYSCLK|RCC_CLOCKTYPE_HCLK|RCC_CLOCKTYPE_PCLK1|RCC_CLOCKTYPE_PCLK2);
RCC_ClkInitStructure.SYSCLKSource=RCC_SYSCLKSOURCE_PLLCLK;//设置系统时钟时钟源为PLL
RCC_ClkInitStructure.AHBCLKDivider=RCC_SYSCLK_DIV1;//AHB分频系数为1
RCC_ClkInitStructure.APB1CLKDivider=RCC_HCLK_DIV4;//APB1分频系数为4
RCC_ClkInitStructure.APB2CLKDivider=RCC_HCLK_DIV2;//APB2分频系数为2
ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_7);//同时设置FLASH延时周期为7WS，也就是8个CPU周期。
__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1);//设置调压器输出电压级别，以便在器件未以最大频率工作。
首先找到__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG的定义：可以发现是通过PWR->CR寄存器来配置的。
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VOS[1:0] =“0x01”时，fHCLK 最大值为 144 MHz。
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VOS[1:0] =“0x10”时，fHCLK 最大值为 168 MHz。激活过驱动模式可将其扩展到
180 MHz。 -
VOS[1:0] =“0x11”时，fHCLK 最大值为 180 MHz。激活过驱动模式可将其扩展到
216 MHz。
#define __HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG(__REGULATOR__) do { \
__IO uint32_t tmpreg; \
MODIFY_REG(PWR->CR1, PWR_CR1_VOS, (__REGULATOR__)); \
/* Delay after an RCC peripheral clock enabling */ \
tmpreg = READ_BIT(PWR->CR1, PWR_CR1_VOS); \
UNUSED(tmpreg); \
} while(0)
对于__HAL_PWR_VOLTAGESCALING_CONFIG的参数，可以找到：
#define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE1 PWR_CR1_VOS
#define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE2 PWR_CR1_VOS_1
#define PWR_REGULATOR_VOLTAGE_SCALE3 PWR_CR1_VOS_0
通过 ret=HAL_PWREx_EnableOverDrive(); //可以开启Over-Driver功能
HAL_RCC_ClockConfig还有一个参数uint32_t FLatency，可以找到：
/** @defgroup FLASH_Latency FLASH Latency
* @{
*/
#define FLASH_LATENCY_0 FLASH_ACR_LATENCY_0WS /*!< FLASH Zero Latency cycle */
#define FLASH_LATENCY_1 FLASH_ACR_LATENCY_1WS /*!< FLASH One Latency cycle */
#define FLASH_LATENCY_2 FLASH_ACR_LATENCY_2WS /*!< FLASH Two Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_3 FLASH_ACR_LATENCY_3WS /*!< FLASH Three Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_4 FLASH_ACR_LATENCY_4WS /*!< FLASH Four Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_5 FLASH_ACR_LATENCY_5WS /*!< FLASH Five Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_6 FLASH_ACR_LATENCY_6WS /*!< FLASH Six Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_7 FLASH_ACR_LATENCY_7WS /*!< FLASH Seven Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_8 FLASH_ACR_LATENCY_8WS /*!< FLASH Eight Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_9 FLASH_ACR_LATENCY_9WS /*!< FLASH Nine Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_10 FLASH_ACR_LATENCY_10WS /*!< FLASH Ten Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_11 FLASH_ACR_LATENCY_11WS /*!< FLASH Eleven Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_12 FLASH_ACR_LATENCY_12WS /*!< FLASH Twelve Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_13 FLASH_ACR_LATENCY_13WS /*!< FLASH Thirteen Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_14 FLASH_ACR_LATENCY_14WS /*!< FLASH Fourteen Latency cycles */
#define FLASH_LATENCY_15 FLASH_ACR_LATENCY_15WS /*!< FLASH Fifteen Latency cycles */
/**
* @}
*/
CPU 时钟 (HCLK) 频率对应的等待周期数是通过一张表对应的：
然后就可以写：ret=HAL_RCC_ClockConfig(&RCC_ClkInitStructure,FLASH_LATENCY_7);//同时设置FLASH延时周期为7WS，也就是8个CPU周期。
